CN217260639U - 一种热塑性复合材料无人机机翼 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热塑性复合材料无人机机翼，包括上蒙皮壁板、下蒙皮壁板和翼尖，所上蒙皮壁板和下蒙皮壁板贴合通过热塑焊接成为机翼主体，所述翼尖与机翼主体热塑焊接形成整体机翼；所述上蒙皮壁板包括上蒙皮、上蒙皮前梁、上蒙皮后梁、翼肋；所述下蒙皮壁板包括下蒙皮、下蒙皮前梁、下蒙皮后梁；所述上蒙皮、上蒙皮前梁、上蒙皮后梁、下蒙皮、下蒙皮前梁、下蒙皮后梁、翼肋、翼尖上均设置有用于各零件相互连接的焊接面；所述上蒙皮前梁、上蒙皮后梁横向焊接于上蒙皮内表面；所述下蒙皮前梁、下蒙皮后梁横向设置于下蒙皮内表面；所述翼肋通过与上蒙皮内表面、下蒙皮内表面焊接纵向设置在机翼内部。

Description

一种热塑性复合材料无人机机翼

技术领域

本发明涉及一种复合材料成型技术领域，具体涉及一种热塑性复合材料无人机机翼。

背景技术

复材零部件以其高强高模、耐高温、耐疲劳等性能在航天领域大量应用，从军用飞机到民用飞机都已经成功的采用大量复合材料结构，作为主承载部件的机翼，需要更高的强度和刚度才能保证飞行过程中的性能要求和安全要求。

目前，复合材料机翼的制造方法一般是采用多部件分别成型，然后再通过胶结、铆接和螺接等组装方式，这些方案装配过程工序繁杂、制造时间长，需要耗费巨大的工作量，不利于降低生产成本，且胶结有脱胶风险，机械连接会破坏复材零件纤维连续性，影响力学性能。整体成型的复合材料结构是无人机等飞行器减重的重要措施，也是缩短制造周期，降低成本的一种方法。CN110978567A公开了一种结构功能一体化复合材料机翼及其整体成型方法，其原理为分别制备机翼的多个零件铺制预制体，通过多个芯模和两侧外模定位组合，再加热、加压、固化成型，这种方法模具设计极其复杂，预制体铺贴和定位繁杂，合模和脱模困难，梁肋的腹板面难以加压导致成型质量难以保证。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种热塑性复合材料机翼的，实现简化机翼装配工序。采用的技术方案具体是：

一种热塑性复合材料无人机机翼，包括上蒙皮壁板、下蒙皮壁板和翼尖，所上蒙皮壁板和下蒙皮壁板贴合焊接成为机翼主体，所述翼尖与机翼主体焊接形成整体机翼；所述上蒙皮壁板包括上蒙皮、上蒙皮前梁、上蒙皮后梁、翼肋；所述下蒙皮壁板包括下蒙皮、下蒙皮前梁、下蒙皮后梁；所述上蒙皮、上蒙皮前梁、上蒙皮后梁、下蒙皮、下蒙皮前梁、下蒙皮后梁、翼肋、翼尖上均设置有用于各零件相互连接的焊接面；所述上蒙皮前梁、上蒙皮后梁横向焊接于上蒙皮内表面，所述翼肋通过与上蒙皮内表面、下蒙皮内表面焊接纵向设置在机翼内部；所述下蒙皮前梁、下蒙皮后梁横向设置于下蒙皮内表面。

进一步的，所述焊接为热塑焊接。

进一步的，为了增加机翼飞行过程中抗弯矩、剪力的能力，维持机翼稳定性，所述上蒙皮前梁、上蒙皮后梁为L型梁，其直角向着机翼前侧；所述下蒙皮前梁、下蒙皮后梁也为L型梁，其直角向着机翼前侧。

进一步的，翼肋包括第一翼肋、第二翼肋、第三翼肋，均衡分布于机翼。

进一步的，所述第一翼肋、第二翼肋、第三翼肋均为结构相同、尺寸规格不同的C型肋；所述翼肋顶面（与上蒙皮接触的面）设置有与上蒙皮前梁、上蒙皮后梁位置对应的2个槽，底面（与下蒙皮接触的面）设置有与下蒙皮前梁、下蒙皮后梁位置对应的2个槽；所述第一翼肋设置于机翼翼根部位，其开口向着翼尖；所述第二翼肋设置于机翼的翼中尾部，其开口向着翼根；所述第三翼肋设置于机翼的翼尖部位，其开口向着翼根。

进一步的，所述所述翼尖为大曲率异形件。

进一步的，所述焊接面设置有焊接筋，各零部件在焊接时焊接筋由于加热熔融加压后，可能会溢出流失，因此焊接筋两侧设置有溢料槽，当焊接完成后，溢料槽刚好填满，形成完美的焊接面，保证焊接部位强度。

本实用新型具有的有益效果：组成机翼的零部件均为热塑性复合材料，各零部件的连接采用热塑焊接，代替了胶结、铆接和螺接等传统机械组装方式，一方面大量减少紧固件数量从而降低机翼重量，一方面避免了机械连接破坏零部件内部纤维连续性和纤维力学性能，保证了机翼整体强度；通过各零部件上设置焊接面，焊接面上设置焊接筋，焊接筋两侧设置溢料槽，使得焊接完成后，形成完美的焊接面，保证焊接部位的结构强度；使用焊接方式组合各零件，省去了人工合模和脱模的过程，能更好保证产品质量，能够快速完成组装生产，满足大批量生产。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的分解结构示意图；

图3为上蒙皮壁板的结构示意图；

图4为下蒙皮壁板的结构示意图；

图5为翼肋的结构示意图；

图6为焊接筋截面结构示意图；

其中：1-上蒙皮；2-下蒙皮；3-上蒙皮前梁；4-上蒙皮后梁；5-下蒙皮前梁；6-下蒙皮后梁；7-第一翼肋；8-第二翼肋；9-第三翼肋；10-翼尖；11-焊接筋；12、溢料槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

结合附图1-4，一种热塑性复合材料无人机机翼，包括上蒙皮壁板（附图3）、下蒙皮壁板（附图4）和翼尖10组成，所述上蒙皮壁板（附图3）和下蒙皮壁板（附图4）边侧贴合焊接形成机翼主体，所述翼尖10与机翼主体焊接组成机翼整体；所述上蒙皮壁板包括上蒙皮1、上蒙皮前梁（3）、上蒙皮后梁（4）、第一翼肋（7）、第二翼肋（8）、第三翼肋（9）；所述下蒙皮壁板包括下蒙皮（2）、下蒙皮前梁（5）、下蒙皮后梁（6）；所述上蒙皮（1）、上蒙皮前梁（3）、上蒙皮后梁（4）、第一翼肋（7）、第二翼肋（8）、第三翼肋（9）、下蒙皮（2）、下蒙皮前梁（5）、下蒙皮后梁（6）上均设置有用于各零件相互连接的焊接面；所述上蒙皮前梁（3）、上蒙皮后梁（4）横向焊接于上蒙皮（1）内表面；所述第一翼肋（7），通过与上蒙皮（1）、下蒙皮（2）焊接纵向设置在机翼接近翼根一端，其开口向着翼尖；所述第二翼肋（8），通过与上蒙皮（1）、下蒙皮（2）焊接纵向设置在机翼翼中部位，其开口向着翼根；所述第三翼肋（9）通过与上蒙皮（1）、下蒙皮（2）焊接纵向设置在机翼接近翼尖一端，其开口向着翼尖；所述下蒙皮前梁（5）、下蒙皮后梁（6）横向设置于下蒙皮（2）内表面；所述上蒙皮前梁（3）、上蒙皮后梁（4）为L型梁，其角向着机翼前侧；所述下蒙皮前梁（5）、下蒙皮后梁（6）为L型梁，其直角向着机翼前侧；所述翼尖（10）为大曲率异形件。

根据附图5所示，所述翼肋与上蒙皮（1）接触的一面设置有两个卡槽，位置与尺寸与上蒙皮前梁、上蒙皮后梁相配合；与下蒙皮（2）接触的一面设置有两个卡槽，位置与尺寸与下蒙皮前梁（5）、下蒙皮后梁（6）相配合。

结合附图3-6所示，所述各零部件的焊接面上设置有焊接筋（11），所述焊接筋（11）两侧设置有溢料槽（12），可防止加热熔融后的焊接筋（11）在加压过程中溢出流失，焊接完成后，溢料槽可以刚好填满，形成完美的焊接面，保证焊接强度。

实施例所述机翼的成型方法，具体包括以下步骤：

步骤一，采用热塑成型工艺成型所述各零件；

步骤二，采用热塑焊接工艺将所述机翼上蒙皮（1）、上蒙皮前梁、上蒙皮后梁、第一翼肋、第二翼肋、第三翼肋焊接成上蒙皮壁板；

步骤三，采用热塑焊接工艺将所述机翼下蒙皮、下蒙皮前梁、下蒙皮后梁焊接成下蒙皮壁板；

步骤四，采用热塑焊接工艺将所述上蒙皮壁板、下蒙皮壁板焊接成机翼主体；

步骤五，将所述翼尖与所述机翼主体通过胶铆连接成整体机翼。

所述热塑性焊接工艺需将焊接筋和各零件面加热至熔融状态，所述热塑性焊接工艺需实现精准定位加热，对非加热区域进行保护；所述热塑成型工艺可优先拟选但不限于HP-RTM、热塑模压注塑工艺。

在本实用新型所述的机翼是一个整体式结构，这种结构的机翼表面质量和外形尺寸精确，实现了重量轻、载荷比重大的机翼设计与制造。该结构形式可以根据机翼载荷分布和大小改变，成型方法可拓展至相似复合材料机翼整体一次成型。

Claims (7)

1.一种热塑性复合材料无人机机翼，其特征在于：包括上蒙皮壁板、下蒙皮壁板和翼尖，所述上蒙皮壁板和下蒙皮壁板贴合通过热塑焊接成为机翼主体，所述翼尖与机翼主体热塑焊接形成整体机翼。

2.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料无人机机翼，其特征在于所述上蒙皮壁板包括上蒙皮、上蒙皮前梁、上蒙皮后梁、翼肋；所述下蒙皮壁板包括下蒙皮、下蒙皮前梁、下蒙皮后梁；所述上蒙皮、上蒙皮前梁、上蒙皮后梁、下蒙皮、下蒙皮前梁、下蒙皮后梁、翼肋、翼尖上均设置有用于相互连接的焊接面；所述上蒙皮前梁、上蒙皮后梁横向焊接于上蒙皮内表面；所述下蒙皮前梁、下蒙皮后梁横向热塑焊接于下蒙皮内表面；所述翼肋通过与上蒙皮内表面、下蒙皮内表面热塑焊接，纵向设置在机翼内部。

3.根据权利要求2所述的一种热塑性复合材料无人机机翼，其特征在于所述上蒙皮前梁、上蒙皮后梁、下蒙皮前梁、下蒙皮后梁为L型梁。

4.根据权利要求2所述的一种热塑性复合材料无人机机翼，其特征在于所述翼肋与上蒙皮焊接的顶面设置有与上蒙皮前梁、上蒙皮后梁位置对应的2个槽，其与下蒙皮接触的底面设置有与下蒙皮前梁、下蒙皮后梁位置对应的2个槽。

5.根据权利要求4所述的一种热塑性复合材料无人机机翼，其特征在于所述翼肋包括第一翼肋、第二翼肋、第三翼肋，均为C型肋。

6.根据权利要求5所述的一种热塑性复合材料无人机机翼，其特征在于所述第一翼肋设置于机翼翼根部位，其开口方向对着翼尖；所述第二翼肋设置于机翼的翼中尾部，其开口方向对着翼根；所述第三翼肋设置于机翼的翼尖部位，其开口方向对着翼根。

7.根据权利要求2所述的一种热塑性复合材料无人机机翼，其特征在于所述焊接面上设置有焊接筋，所述焊接筋两侧设置有溢料槽。

Images